Etude de la dynamique des phases liquides du transfert par
4.6. CONCLUSION thermophysiques de m´ etaux liquides, int´ egrant ainsi les effets de temp´ eratures mais aussi les
interactions avec le plasma d’arc et les effets li´es aux proc´ed´es. Une extension de ce type d’´etude, r´ealis´ee de fa¸con plus syst´ematique, pourrait permettre d’enrichir les donn´ees exp´erimentales en prenant en compte de fa¸con plus exhaustive les param`etres ´energ´etiques, les modes de transfert, la nature des gaz et des mat´eriaux, les variations de param`etres proc´ed´es.
L’´etude des gouttelettes durant leur phase de transfert dans l’arc a permis de mettre en ´
evidence une phase de vol libre `a vitesse de chute constante, avec des d´eformations de surface libre relativement importantes. Le comportement des gouttelettes est clairement tridimensionnel et un certain nombre de d´eformations et d’oscillations s’effectue en dehors du plan d’observation qui a ´
et´e utilis´e dans ces travaux. Il serait int´eressant d’´etudier le comportement des gouttelettes en prenant en compte ce caract`ere tridimensionnel. Pour cela des d´eveloppements sont n´ecessaires en terme de dispositif exp´erimental. Une acquisition rapide synchronis´ee selon un deuxi`eme point de vue, dans une direction perpendiculaire, ou des moyens de st´er´eoscopie adapt´es `a l’acquisition en vid´eo rapide pourraient permettre d’acc´eder `a des informations 3D et ainsi enrichir la description du comportement des zones liquides. Pour cette application, si on ´etait en capacit´e de contrˆoler de mani`ere plus pr´ecise les cycles de soudage et en particulier la fr´equence de puls´e, cela permettrait d’avoir beaucoup plus d’oscillations et ´eventuellement acc´eder `a la viscosit´e.
Pour la partie sur la rupture du m´enisque, de nombreuses perspectives sont envisageables. Un premier d´eveloppement pourrait concerner la remise en question de l’hypoth`ese d’axisym´etrie pour ´etudier les pressions. Le dispositif permet d’acc´eder aux contours suivant plusieurs points de vues qui permettent d’acc´eder `a des informations en 3D. Il faudra alors travailler dans un rep`ere curviligne afin de mieux appr´ecier les effets li´es `a la forme tridimensionnelle des ponts liquides. Dans ce nouveau rep`ere, on pourra adapter les ´equations unidimensionnelles et acc´eder au mˆeme type de grandeurs physiques. Une ´etude syst´ematique permettra de confirmer les ph´enom`enes et grandeurs jouant un rˆole important sur le comportement des ponts liquides, depuis leur formation jusqu’`a leur rupture.
L’enrichissement des donn´ees exp´erimentales `a hautes temp´eratures constitue en effet un point important du dialogue entre exp´erimentation et simulation num´erique ; que ce soit pour alimenter les simulations num´eriques avec des donn´ees d’entr´ee r´eelles ou fournir des mesures pour la validation des r´esultats de calculs.
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Table des figures
1.1 Coupe longitudinale d’une op´eration de soudage MAG. . . 4
1.2 Sch´ema des diff´erents types de transfert en fonction des param`etres ´energ´etiques. 5 1.3 Illustration des diff´erentes phases du transfert par court-circuit associ´ees aux param`etres ´electriques [5]. . . 5
1.4 Transfert de m´etal en r´egime globulaire. . . 6
1.5 Transfert de m´etal en pulv´erisation axiale. . . 6
1.6 Transfert de m´etal en veine liquide tournante [6]. . . 7
1.7 Signaux ´electriques du r´egime puls´e : courant en rouge, tension en bleu. . . 7
1.8 Ph´enom`enes physiques pr´esents en soudage `a l’arc. . . 8
1.9 D´etachement d’une goutte en soudage puls´e, intensit´e de courant haut : 330 A [10]. 11 1.10 Direction des ´ecoulements dans le bain de soudage en fonction des forces appliqu´ees [12]. . . 11
1.11 Observation d’une goutte durant son transfert et son impact sur le substrat [18]. 13 1.12 R´esultats de simulation d’un plasma d’arc MIG `a 250 A [24]. Partie gauche : distribution des vapeurs de fer. Partie droite : champ de temp´eratures. . . 14
1.13 Rayonnement d’un plasma en soudage MAG d’un acier CrNi [25]. . . 15
1.14 Temp´erature d’une goutte lors de son transfert. R´esultats de simulation num´erique pour un courant de 220 A et une ´electrode de diam`etre 1,6 mm [28]. . . 16
1.15 R´esultat de la simulation num´erique de l’impact d’une goutte `a la surface du bain fondu, vue en coupe [30]. . . 17
1.16 Sch´ema repr´esentant les principaux flux radiatifs dans le cas d’une op´eration de soudage MAG en chanfrein. . . 18
1.17 Interactions rayonnement incident et mati`ere. . . 18
1.18 Spectre ´electromagn´etique et longueurs d’onde associ´ees. . . 19
1.19 Sch´ema de l’angle solide. . . 19
1.20 Luminance monochromatique du corps noir pour diff´erentes temp´eratures. . . 20
1.21 Mesure de l’´emissivit´e totale h´emisph´erique d’´echantillons `a base de fer [44]. . . . 23
1.22 ´Emissivit´e du fer pur `a 1890 K [56]. . . 23
1.23 Point χ du tungst`ene [34]. . . 24
1.24 ´Emissivit´e totale directionnelle pour quelques m´etaux en fonction de l’angle d’observation [57]. . . 24
1.25 Comportement des diff´erents types de corps radiatifs. Dans le cas d’un corps gris, l’´emissivit´e plus petite que 1, mais constante sur l’ensemble du spectre, conduit `a une diminution de la luminance observ´ee dans le cas d’un corps noir. L’´emissivit´e d’un corps r´eel varie avec la longueur d’onde, ce qui conduit `a une courbe de luminance perturb´ee. . . 25
1.26 Mesure de temp´erature d’un bain de fusion en soudage, r´ealis´ee `a l’aide d’une m´ethode de pyrom´etrie spectrale par Schopp et al. [1]. . . 30
1.27 Mesure de temp´erature d’une goutte en soudage r´ealis´ee `a l’aide d’un dispositif bichromatique par K. Yamasaki et al. [66]. . . 32
1.28 Diff´erentes possibilit´es de montage pour l’obtention d’une sc`ene filtr´ee `a deux longueurs d’onde λ1 et λ2 (1 : filtre passe-bande centr´e sur λ1, 2 : filtre passe-bande centr´e sur λ2, 3 : objectif, 4 : miroir semi-transparent, 5 : miroir). . . 32 2.1 Composition du dispositif de mesure de temp´erature. . . 38 2.2 R´eflexion relative du traitement de surface M gF e2 en fonction de la longueur
d’onde entre 300 et 800 nm (donn´ees Edmund Optics). . . 39 2.3 Facteur de transmission du filtre passe-bande 1000 nm (donn´ees Edmund Optics). 40 2.4 R´eponse spectrale th´eorique du capteur des cam´eras AVT GE 680 (donn´ees
constructeur). . . 41 2.5 Superposition de deux images th´eoriques. Ligne sup´erieure : images non modifi´ees,
ligne inf´erieure : seconde image ayant subie la synchronisation spatiale. . . 43 2.6 Dispositif de calibration du coefficient de correction. . . 46 2.7 Relation entre la tension d’alimentation de l’ampoule et la temp´erature de son
filament. . . 47 2.8 Evolution du ratio entre le niveau de gris mesur´´ e et le niveau de gris maximum.
Observation effectu´ee avec le dispositif compos´e des cam´eras rapides, objectif 70 mm, ferm´e `a 7 (Niveau arbitraire). . . 48 2.9 Luminance spectrale absolue de la lampe pour les quatre tensions d’alimentation. 49 2.10 Spectre modifi´e (en rouge) et droite (en bleu) de coefficient directeur 1/T pour
une tension d’alimentation de 9V. . . 49 2.11 R´esultats exp´erimentaux du coefficient de correction de sensibilit´e pour le couple
850/1000 nm (), et courbe d’approximation de ces r´esultats (en trait plein). . . 50 2.12 S´erie d’images repr´esentant cinq des diff´erentes positions du ruban de tungst`ene
devant le capteur. . . 52 2.13 ´Ecart absolu entre la valeur moyenne de l’image et chacun des pixels, dans le cas
du dispositif basse vitesse et du couple de filtres 850/1000 nm. Niveaux de gris cod´es sur 8 bits. . . 52 2.14 Images du filament obtenues lors de la chute libre pour trois temps d’exposition.
De gauche `a droite : 250 µs, 500 µs et 1000 µs. . . . 53 2.15 Variation du facteur ΛR= λ1λ2 λ1− λ2
en fonction du choix du couple (λ1, λ2). . . 55 2.16 Histogramme d’une image avec capteur obtur´e, cam´era basse vitesse. . . 57 2.17 Sch´ema du montage exp´erimental pour fusion de m´etaux purs. . . 58 2.18 Images obtenues durant la solidification du fer pur (filtr´ees `a 850 nm). . . 60 2.19 Mesure de temp´erature avec un couple de longueur d’onde 850-1000 nm sur la